DE10322964B4

DE10322964B4 - Steuergerät für Antischnarchgerät sowie Antischnarchgerät

Info

Publication number: DE10322964B4
Application number: DE10322964A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Baecke; Harald Genger; Hartmut Dr. Schneider
Original assignee: Seleon GmbH
Current assignee: TNI MEDICAL AG, DE
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: DE10322964A1; WO2004105846A3; WO2004105846A2

Abstract

Steuergerät (1; 40) für ein Antischnarchgerät mit:
a) einem Einlassanschluss (19), der bei Gebrauch mit einer Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) verbunden ist, dem bei Gebrauch Gas durch die Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) zugeführt wird,
b) einem dem Einlassanschluss pneumatisch nachgeschalteten Ventil (3),
c) einer Strahlpumpe (5), die pneumatisch mit dem Ausgang des Ventils (3) verbunden ist und bei Gebrauch in Abhängigkeit des vom Ventil (3) zur Strahlpumpe (5) strömenden Gasflusses Umgebungsluft ansaugt und die angesaugte Luft und das Gas von der Druckerzeugungseinrichtung an einem Ausgang der Strahlpumpe (5) zur Verfügung stellt,
d) einem Luftbrillenanschluss (14) für eine Luftbrille (22; 51, 52, 53, 54), der mit dem Ausgang der Strahlpumpe verbunden ist,
e) einem Flusssensor (11) oder einem Drucksensor (12, 13) und
f) einem Mikroprozessor (4), der aus dem Signal des Flusssensors (11) oder des Drucksensors (12, 13) die Atemphase eines Benutzers ermittelt, in der Exspirationsphase das...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet von Steuergeräten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie von Antischnarchgeräten der im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 genannten Art.
Obstruktive Atmungsstörungen führen zu Apnoen (Atemstillstand), durch die der Schlafende erwacht. Häufige Apnoen verhindern, dass der Schlafende in den erholsamen Tiefschlaf fällt. Menschen, die Apnoen während des Schlafens erleiden, sind deshalb tagsüber unausgeschlafen, was zu sozialen Problemen am Arbeitsplatz und im schlimmsten Fall zu tödlichen Unfällen, beispielsweise bei Berufskraftfahrern, führen kann.

Im Stand der Technik sind Geräte zur Durchführung der CPAP (continuous positive airway pressure)-Therapie bekannt. Die CPAP-Therapie wird in Chest. Vol. 110, Seiten 1077 bis 1088, Oktober 1996 und Sleep, Vol. No. 19, Seiten 184 bis 188 näher beschrieben.

In der CPAP-Therapie wird einem Patienten ein konstanter positiver Druck über eine Nasenmaske zugeführt. Bei richtiger Wahl des Überdrucks gewährleistet dieser, dass die oberen Atemwege während der gesamten Nacht vollständig geöffnet bleiben und somit keine obstruktiven Atemstörungen auftreten. Der erforderliche Druck hängt unter anderem von dem Schlafstadium und der Körperposition des Schlafenden ab. Um den als unangenehm empfundenen Überdruck auf das erforderliche Maß zu beschränken, offenbart WO 02/083221 A2 (HEWO5) ein Therapiegerät (AutoCPAP), das den Beatmungsdruck automatisch einstellt und damit an das Schlafstadium und die Körperposition anpasst. Die WO 02/083221 A2 wird durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeschlossen.

Besonders unangenehm wird der Überdruck beim Ausatmen empfunden. Manche CPAP-Geräte kompensieren auch den Druckabfall am Schlauch zwischen CPAP-Gerät und Maske nicht, so dass beim Ausatmen der Maskendruck sogar etwas höher als beim Einatmen ist. Der Patient hat in diesem Fall das Gefühl, gegen einen Widerstand atmen zu müssen. Um das Atmen zu erleichtern, wurden ferner BiPAP-Geräte und Multilevel-Geräte entwickelt. Diese Geräte haben die Eigenschaft, den Patienten beim Atmen dadurch zu unterstützen, dass beim Ausatmen der Druck abgesenkt und beim Einatmen der Druck wieder erhöht wird. Diese Geräte arbeiten also mit mindestens zwei Druckniveaux.

Ein solches Gerät ist beispielsweise aus der DE 691 32 030 T2 bekannt. Der Druck wird durch ein Ventil während des Einatmens angehoben und während des Ausatmens abgesenkt. Das Ventil wird so gesteuert, dass der Druck während des Einatmens und während des Ausatmens konstant gehalten wird. Verändert sich die Ventilstellung während eines Einatemvorgangs nur mehr langsam, wird dies als Ende des Einatemvorgangs interpretiert. Nicht hörbare Schwingungen oder Druckänderungen werden ausgewertet, um zu bestimmen, ob die Atmung des Patienten regelmäßig, unregelmäßig oder apneisch ist. Darüber hinaus wird die Dauer des Ein- und Ausatmens sowie die Strömungsgeschwindigkeiten bestimmt. Diese Informationen werden in einem Speicher gespeichert. Schließlich wird eine Admittanz aus Atemfluss dividiert durch Druck berechnet. Der zeitliche Verlauf der Admittanz wird mit gespeicherten Admittanzschemata verglichen. Die Nummer des am besten passenden Admittanzschemas wird als „Zeiger" für eine Tabelle verwendet, die die durchzuführende Aktion wie z. B. eine Druckerhöhung enthält.

Da diese Geräte nicht mit einem konstanten Druck arbeiten, werden sie im folgenden als PAP-Geräte zur Durchführung der PAP-Therapie bezeichnet.

Die WO 02/26283 A2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung um einen variablen Überdruck in den Atemwegen zu erzeugen, um unter anderem Schlafapnoe zu therapieren. Es wird zwischen Überdruck während der Inspiration IPAP (inspiratory positive airway pressure) und Überdruck während der Exspiration EPAP (expiratory positive airway pressure) unterschieden. Ein Druckerzeugungssystem umfasst einen Gasflussgenerator und eine Drucksteuerung wie beispielsweise ein Ventil. Der Gasflussgenerator kann ein Gebläse sein, wie es in herkömmlichen CPAP-Geräten verwendet wird, das Atmungsgas aus einer geeigneten Quelle wie beispielsweise einem Drucktank mit Sauerstoff oder Luft und/oder der umgebenden Atmosphäre fördert. Als Patientenschnittstelle kommen beispielsweise eine Nasen- oder Mundmaske, Nasenkissen oder eine Trachealkanüle in Frage. Ferner ist ein Flusssensor vorgesehen um den Fluss des Atemgases zum Patienten zu messen. Insbesondere wird der Spitzenfluss während der Atemzyklen des Patienten gemessen um eine Cheyne-Stokes-Atmung (CSR) zu detektieren.

Auch die JP2002-143307 A offenbart ein Sauerstoffbeatmungsgerät.

Aus der WO 88/10108 A1 ist ein Gerät zur Überwachung der Atmung während des Schlafens und zur Steuerung einer CPAP-Therapie bekannt. Hierbei wird ein Mikrofon eingesetzt, um Schnarch- und Atmungsgeräusche aufzunehmen. Falls die Auswertung des Mikrofonsignals auf Schnarchen hindeutet, wird der CPAP-Druck erhöht.

Ferner sind aus dem Stand der Technik Sauerstoffbrillen für die Sauerstoffbehandlung bekannt. Mit der Sauerstoffbrille wird dem Patienten Luft mit einem erhöhten Sauerstoffpartialdruck (> 210 mbar) oder reiner Sauerstoff in die Nase appliziert. Eine Sauerstoffbehandlung findet zum Beispiel bei akuter oder chronischer Hypoxämie infolge Atem- oder Herz-Kreislaufstörung (Myokardinfarkt, Schock) oder bestimmten Vergiftungen, zum Beispiel durch Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Leuchtgas oder Rauch statt.

Aus der WO 02/062413 A2 (HEWO1) ist der Einsatz von Sauerstoffbrillen in einem Antischnarchgerät bekannt. Sauerstoffbrillen werden in diesem Zusammenhang als Luftbrillen bezeichnet. Aus der WO 02/062413 A2 sind ferner Luftbrillen mit integrierten Strahlpumpen bekannt, wie sie in 4 und 5 dargestellt sind.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät für ein Antischnarchgerät sowie ein Antischnarchgerät anzugeben, die wenig komprimierte Luft benötigen.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteilhaft an einer Steuereinrichtung, die dafür sorgt, dass eine Applikationseinrichtung Luft vor allem während der Inspiration appliziert, ist, dass die Atemtätigkeit des Patienten unterstützt wird. Der Patient hat dadurch weniger das Gefühl, gegen einen Widerstand ausatmen zu müssen. Darüber hinaus nimmt der mittlere Luftfluss ab, da während der Exspirationsphasen keine oder nur wenig Luft appliziert wird. Dies erhöht die Einsatzdauer einer Gaspatronenfüllung, falls eine Gaspatrone als Druckerzeugungseinrichtung verwendet wird.

Vorteilhaft an der Verwendung einer Trachealkanüle ist, dass diese die Luft direkt in die Atemwege appliziert. Hierdurch reduziert sich der erforderliche Luftfluss gegenüber der Applikation durch eine Luftbrille, um in den Atemwegen einen konstanten Überdruck aufrechtzuerhalten, um eine Flusslimitation durch eine Verengung der Atemwege während des Einatmens zu verhindern. Durch die Verengung der Atemwege kann Schnarchen entstehen.

Durch Zugabe von Wirkstoffen zur applizierten Luft können neben dem Schnarchen weitere Krankheiten behandelt werden. Bei PAP-Geräten kann ein als angenehm empfundener Duftstoff dazu führen, dass der Patient das PAP-Gerät bereitwilliger und regelmäßiger verwendet, wodurch der Therapieerfolg erhöht wird.

Vorteilhaft an der Verwendung einer Luftbrille als Applikationseinrichtung ist ihr geringer Preis. Darüber hinaus wird das Tragen einer Luftbrille von vielen Patienten als angenehmer empfunden als das Tragen einer Gesichts- oder Nasenmaske.

Falls ein Luftbefeuchter vorhanden ist, kann einen Wirkstoff dem Wasserbad des Luftbefeuchters zugegeben werden. Hierzu sind keine zusätzlichen Geräteteile erforderlich.

Aufgrund des hohen Druckabfalls an einer Luftbrille oder einer Trachealkanüle ist die Bestimmung des Atmungszustandes eines Patienten aufgrund einer Druckmessung am Einlass der Luftbrille oder Trachealkanüle schwierig. Die Druckschwankungen aufgrund der Atmungstätigkeit des Patienten sind relativ gering im Vergleich zum Druckabfall am Schlauch zwischen dem Einlass und Auslass der Luftbrille oder Trachealkanüle. Zusätzlich werden die auf die Atmungstätigkeit zurückzuführenden Druckschwankungen durch den Schlauch gedämpft, sodass sie am Einlass weniger stark als am Auslass sind. Es sind deshalb Drucksensoren mit einem hohen Dynamikbereich erforderlich. Auch können im Schlauch durch die Luftströmung Wirbel entstehen, die sich mit den auf die Atemtätigkeit zurückzuführenden Druckschwankungen überlagern und diese verfälschen. Diese Probleme werden dadurch vermieden, dass die Luftzufuhr und Druckmessung über zwei getrennte Schläuche erfolgen. So wird die Trachealkanüle zur Luftzufuhr und die Nasenmaske zur Druckmessung oder umgekehrt verwendet. Alternativ hierzu werden Luftbrillen mit doppelten Auslässen pro Nasenloch verwendet, wobei ein Auslass zur Luftzufuhr und der andere zur Druckmessung verwendet wird. In gleicher Weise wird eine Trachealkanüle mit zwei Auslässen, einer zur Druckmessung, der andere zur Luftzufuhr verwendet.

Die aus der DE 101 18 968 A1 und der WO 02/083221 A2 für CPAP-Geräte offenbarten Verfahren, bei denen der bei konstantem Druck gemessene Fluss ausgewertet wird, werden in vorteilhafter Weise auch für gemessenen Druck bei konstantem Fluss eingesetzt.

Die Verwendung von Gaspatronen ermöglicht eine Kostenreduzierung, da das Antischnarchgerät nicht mehr mit einer Turbine, die auch als Lüfter, Kompressor oder Gebläse bezeichnet wird, ausgerüstet werden muss. Das Gas in der Gaspatrone wird werkseitig mit Wirkstoffen versetzt. Auf eine Zusatzeinrichtung, die beispielsweise zum Versetzen der von einem Lüfter geförderten Luft mit Wirkstoff erforderlich ist, wird in vorteilhafter Weise verzichtet.

Eine Strahlpumpe ist ein preiswertes Bauteil, das die Einsatzdauer einer Gaspatronenfüllung in vorteilhafter Weise signifikant verlängert.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen geschrieben. Dabei zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Steuergerät für ein Antischnarchgerät;
2 einen Schlafenden mit Luftbrille und Trachealkanüle;
3 eine weitere Ausführungsform eines Antischnarchgeräts;
4 einen Schnitt durch eine mit Mantelrohren ausgestattete Luftbrille; sowie
5 eine mit zwei Mantelrohren ausgestattete Luftbrille.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Steuergerät 1 für ein Antischnarchgerät. Das Steuergerät 1 umfasst eine Gasflasche 2, ein Ventil 3, einen Mikroprozessor 4, eine Strahlpumpe 5, einen Luftbefeuchter 6, einen Flusssensor 11, einen ersten Drucksensor 12, einen zweiten Drucksensor 13 sowie ein Mikrofon 16. Die Gasflasche 2 enthält komprimierte Luft. Zusätzlich zur komprimierten Luft enthält die Gasflasche 2 einen Wirkstoff 17, der in 1 durch kleine Punkte dargestellt ist. Unter Wirkstoff wird allgemein eine von Luft abweichende Zusammensetzung verstanden. Konkret ist der Wirkstoff also eine erhöhte Sauerstoffkonzentration. Als Wirkstoff werden der Luft auch Aerosole, Duftstoffe wie beispielsweise ein Meerwasserzusatz oder Medizin zugesetzt. Als Gasflaschen werden Einweggasflaschen oder nachfüllbare Mehrweggasflaschen verwendet.
Die Gasflasche 2 ist mit dem Ventil 3 über einen Einlassansschluss 19 verbunden. Das Ventil 3 wird durch den Mikroprozessor 4 gesteuert. Bei einer Ausführungsform öffnet der Mikroprozessor 4 das Ventil 3 umso weiter, je stärker der Druck in der Gasflasche 2 absinkt. In einer anderen Ausführungsform schließt der Mikroprozessor 4 das Ventil 3 während der Exspirationsphasen. Während der Inspirationsphasen wird das Ventil entsprechend dem zeitlichen Abfall des Drucks in der Gasflasche 2 zunehmend weiter geöffnet. Der Mikroprozessor 4 öffnet das Ventil 3 auch umso weiter, je stärker das Schnarchen des Schlafenden ist.
Der Auslass des Ventils 3 ist mit einem ersten Einlass der Strahlpumpe 5 verbunden. Durch einen zweiten Einlass saugt die Strahlpumpe 5 Umgebungsluft an. Die Strahlpumpe wandelt einen hohen Druck und geringen Fluss am ersten Einlass in einen geringen Druck und hohen Fluss am Auslass um. Da die Gasflasche 2 durch den Einsatz der Strahlpumpe 5 nicht den gesamten Fluss liefern muss, wird das Antischnarchgerät mit einer Flaschenfüllung länger betrieben, so dass die Einsatzdauer der Gasflasche erhöht wird.
Der Auslass der Strahlpumpe 5 ist mit dem Luftbefeuchter 6 verbunden. Der Luftbefeuchter 6 umfasst einen Wasservorrat 7. In einer Ausführungsform wird der Wasservorrat 7 durch die elektrische Leitung 9 gesteuert vom Mikroprozessor 4 beheizt. Fachleuten ist klar, dass die Ausgangsleistung des Mikroprozessors 4 zum Heizen verstärkt werden muss. Beispielsweise stellt eine Phasenanschnittsteuerung die von einer Heizung benötigte Leistung bereit. Darüber hinaus ist ein nicht dargestellter Temperaturfühler über Leitung 10 mit den Mikroprozessor 4 verbunden, sodass der Mikroprozessor die Temperatur des Wasservorrats 7 konstant hält. Die Solltemperatur wird beispielsweise durch eine in 1 nicht dargestellte Eingabeeinheit vom Benutzer gewählt und in einer ebenfalls nicht dargestellten Anzeigeeinheit angezeigt.
Der Wasservorrat 7 enthält alternativ oder zusätzlich einen zweiten Wirkstoff 18 wie beispielsweise einen Meerwasserzusatz, der in 1 durch kleine Kreuze dargestellt ist. Ein Wirkstoff wird entweder der Luft in der Gasflasche 2 oder dem Wasservorrat 7 zugegeben. Alternativ enthalten sowohl die Luft der Gasflasche 2 als auch der Wasservorrat 7 des Luftbefeuchters 6 unterschiedliche oder gleiche Wirkstofte.
Der Luftraum des Luftbefeuchters 6 kann durch eine Membran 8 von Wasservorrat 7 des Luftbefeuchters 6 getrennt sein. In diesem Fall wird der Luftbefeuchter als osmotischer Luftbefeuchter bezeichnet. Die Membran 8 dient dazu, die Abgabe von Wasser und Wirkstoff 18 an die Luft zu steuern.
Der Auslass des Luftbefeuchters 6 ist mit dem Gasauslass 14 des Steuergeräts 1 verbunden. Ein Flusssensor 11 sowie ein Drucksensor 12 sind vorgesehen, um den Luftfluss durch den Gasauslass 14 sowie den Druck am Gasauslass 14 zu messen. Darüber hinaus weist das Steuergerät 1 einen so genannten Sensoranschluss 15 auf, der mit einem Drucksensor 13 verbunden ist. Soweit die Sensoren bei der gewählten Ausführungsform vorhanden sind, sind sie auch mit dem Mikroprozessor 4 verbunden, so dass der Mikroprozessor 4 die Messsignale zur Steuerung des Ventils 3 verwendet.
Um die Intensität des Schnarchens zu ermitteln, ist ein Mikrofon 16 vorgesehen, das sein Ausgangssignal dem Mikroprozessor 4 über den Mikrofonanschluss 20 liefert. Zwischen dem Mikrofon 16 und dem Mikroprozessor 4 sind üblicherweise ein Vorverstärker und ein Analog-Digital-Wandler geschaltet, die in 1 nicht dargestellt sind. Auch ist der Analog-Digital-Wandler im Mikroprozessor 4 integriert. Der Mikroprozessor 4 führt eine Frequenzfilterung durch um den für das Schnarchen relevanten Frequenzbereich (20 bis 100 Hz) auszuwählen. Anschließend wird die Intensität des frequenzgefilterten Signals als mittleres Amplitudenquadrat (root mean square) oder mittlerer Amplitudenbetrag bezüglich eines Mittelwerts bestimmt. Der Bezug auf den Mittelwert dient dazu, einen Gleichspannungsanteil (Offset) herauszufiltern. In einer anderen Ausführungsform wird die Zahl der Nulldurchgänge des frequenzgefilterten Signals bestimmt, wie es in der WO 02/083221 A2 für den Wechselanteil des CPAP-Istdrucks offenbart wurde.
Alternativ entfällt eine Frequenzfilterung durch den Mikroprozessor 4. Insbesondere ist das Mikrofon 16 so konstruiert, dass es nur den für Schnarchen relevanten Frequenzbereich aufnimmt. Je höher die Intensität des detektierten Schnarchens ist, umso höher wird der Druck in den Atemwegen eingestellt. Diese Regelschleife enthält auch einen Integralanteil, sodass der Druck in den Atemwegen erhöht wird, solange die Intensität des detektierten Schnarchens höher als ein Schwellenwert ist und umgekehrt.
2 zeigt einen Schlafenden oder Benutzer 21 mit beispielhaft zwei Applikationseinrichtungen. Als Applikationseinrichtungen werden eine Luftbrille 22, eine Trachealkanüle 30 oder eine herkömmliche Gesichts- und Nasenmaske verwendet. Eine Sauerstoffbrille besteht im Wesentlichen aus einem Zuleitungsschlauch mit einem Innendurchmesser von ca. 4 mm sowie einer Schlauchschleife, die aus einem Schlauch mit ca. 2 mm Innendurchmesser besteht. Eine Y-Weiche 24 verbindet ein Ende des Zuleitungsschlauchs mit beiden Enden der Schlauchschleife. Die Schlauchschleife weist zwei Austrittsöffnungen auf, von denen bei Gebrauch je eine in ein Nasenloch des Schlafenden hineinragt. Die Schlauchschleife liegt an der Oberlippe des Schlafenden an, wird zwischen den Ohren und Kopf des Schlafenden eingeklemmt und dann zum Übergangsbereich zwischen Unterkiefer und Hals geführt, wo sich ein verschiebbarer Ring 25 befindet. Durch den verschiebbaren Ring 25 wird die Länge der Schlauchschleife an die Kopfform des Schlafenden angepasst.
Eine Luftbrille 22 ist einer Sauerstoffbrille sehr ähnlich. Bei einer Luftbrille werden jedoch Schläuche mit etwas größerem Innendurchmesser verwendet, um den Druckabfall an den Schläuchen gering zuhalten. Der Außendurchmesser der Schlauchschleife wird im Wesentlichen dadurch begrenzt, dass die Schlauchschleife hinter die Ohren geklemmt wird, wie das in 2 dargestellt ist. Somit werden für die Schlauchschleife Schläuche mit Außendurchmessern von bis zu etwa 10 mm verwendet, die Innendurchmesser von ca. 8 bis 9 mm aufweisen. Der Zuleitungsschlauch weist noch größere Durchmesser auf, da er nicht an Körperabmessungen des Schlafenden gebunden ist.
Sauerstoffbrille und Luftbrille haben gemeinsam, dass ihre beiden Austrittsöffnungen die Nasenlöcher des Patienten nicht dicht abschließen. Vielmehr atmet der Patient an beiden Austrittsöffnungen vorbei aus. Daneben weist die Luftbrille einen Messschlauch 24 auf. Der Messschlauch ragt parallel zu den Austrittsöffnungen in die Nasenöffnungen des Patienten hinein. Durch den Messschlauch ist es möglich, den Luftdruck in der Nase des Patienten unabhängig von einem Druckabfall am Zuleitungsschlauch und der Schlauchschleife 23 der Luftbrille 22 zu messen. Da der Messschlauch keinen nennenswerten Luftfluss transportieren muss, weist er einen geringen Innendurchmesser von beispielsweise 1 bis 2 mm auf.
Die Trachealkanüle 30 umfasst eine oder zwei Kanülen. Die Dickere der beiden Kanülen ist mit dem Schlauch 31 verbunden, über den Luft in die Atemwege des Patienten appliziert wird. Die dünnere der beiden Kanülen ist mit dem Messschlauch 32 verbunden. Über die letztere Kanüle wird der Druck in den Atemwegen des Patienten unterhalb des Kehlkopf unabhängig vom Druckabfall an Schläuchen oder Kanülen gemessen.
In einer einfachen Ausführungsform umfasst das Antischnarchgerät lediglich einen Drucksensor 12 oder 13. Der Luftfluss ergibt sich aus den Abmessungen der verwendeten Bauteile insbesondere der Schläuche, der Stellung vom Ventil 3 und des von der Gasflasche 2 gelieferten Überdrucks. Aus der Ventilstellung wird ein Signal abgeleitet, das mit dem Luftfluss zumindest in einem monotonen Zusammenhang steht. Zwar hängt der Luftfluss auch vom Druck in der Gasflasche 2 ab, dieser ändert sich jedoch nur langsam, verglichen mit der Dauer einzelner Atemzüge des Schlafenden. Der stetige Abfall des Luftflusses aufgrund des Druckabfalls in der Gasflasche 2 wird teilweise dadurch ausgeglichen, dass bei sinkendem Luftfluss das Schnarchen langsam zunimmt und deshalb auch das Ventil 3 langsam immer weiter geöffnet wird.
In einer Ausführungsform wird das Drucksignal durch den Drucksensor 12 geliefert. Bei dieser Ausführungsform weist das Steuergerät keinen Sensoranschluss 15 und keinen zweiten Drucksensor 13 auf. Deshalb ist als Applikationseinrichtung eine einfache Luftbrille 22 ohne Messschlauch 24 oder eine einfache Trachealkanüle 30 ausreichend.
Alternativ wird das Drucksignal vom zweiten Drucksensor 13 geliefert. Bei dieser Ausführungsform weist das Steuergerät einen Sensoranschluss 15 auf. Bei dieser Ausführungsform wird als Applikationseinrichtung eine Luftbrille 22 mit Messschlauch 24 verwendet. Dabei wird der dickere Schlauch der Luftbrille mit dem Gasauslass 14 des Steuergeräts 1 verbunden und der dünnere Messschlauch 24 mit dem Sensoranschluss 15. Alternativ dazu kann der Sensoranschluss 15 auch mit einer einfachen Trachealkanüle 30 verbunden sein. Im letzteren Fall ist der Messschlauch 24 nicht erforderlich.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Trachealkanüle mit dem Gasanschluss 14 verbunden und die Luftbrille mit dem Sensoranschluss 15. In letzterem Fall besteht die Luftbrille wie eine Sauerstoffbrille aus dünnen Schläuchen mit Durchmessern im Bereich von 1 bis 2 mm. In einer anderen Ausführungsform wird eine zweifache Trachealkanüle 30 eingesetzt, wobei die dickere Kanüle mit Gasanschluss 14 des Steuergerät 1 über Schlauch 31 und die dünnere Trachealkanüle über Messschlauch 32 mit dem Sensoranschluss 15 verbunden ist.
Die obigen Ausführungsformen werden dadurch verbessert, dass ein Flusssensor 11 vorgesehen ist, der den Fluss durch den Gasauslass 14 misst. In diesem Fall steht ein stabiles Flusssignal zur Verfügung. Durch das zusätzliche Flusssignal wird der zunehmende Druckabfall in Gasflasche 2 durch allmähliches Öffnen des Ventils 3 kompensiert, ohne dass der Schlafende zum verstärkten Schnarchen gezwungen wird.
In weiteren Ausführungsformen ist zusätzlich zum zweiten Drucksensor 13 und zum Flusssensor 11 noch ein erster Drucksensor 12 vorgesehen. Für die Applikationseinrichtungen gelten die Ausführungen, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen gemacht wurden, die den zweiten Drucksensor 13 aufweisen.
Da in allen obigen Ausführungsformen sowohl ein Flusssignal als auch ein Drucksignal zur Verfügung steht, erfolgt die Steuerung des Ventils 3 in analoger Weise zur WO 02/083221 A2. In einer inneren Schleife, die während eines Atemzuges öfters durchlaufen wird, wird der Istdruck auf einen Solldruck geregelt. In einer äußeren Schleife wird der Solldruck dem Zustand des Schlafenden oder des Benutzers angepasst. Hierzu werden aus dem Flusssignal Merkmale und aus den Merkmalen Detektoren ermittelt, aufgrund derer der Solldruck eingestellt wird.
Gemäß dem in der WO 02/083221 A2 offenbarten Verfahren werden aufgrund der lokalen Extrema in der ersten Ableitung der Atemflusskurve die Übergänge zwischen Inspiration und Exspiration bestimmt. Auf Grund dieser Information wird das Ventil 3 während der Exspirationsphasen vollständig geschlossen. Diese Maßnahme verlängert die Einsatzdauer der Gasflasche 2 ohne Nachfüllen. Außerdem wird der Schlafende hierdurch bei seiner Atemtätigkeit unterstützt. Der Schlafende hat weniger das Gefühl, gegen einen Widerstand ausatmen zu müssen.
Die durch das Ein- und Ausschalten des Ventils hervorgerufenen Druck- und Flussschwankungen beeinflussen die Bestimmung von Merkmalen und können im Extremfall den Regelalgorithmus unbrauchbar machen. Um dies zu verhindern werden Bereiche um die Ein- und Ausschaltzeitpunkte aus dem Flusssignal herausgeschnitten. In einer Ausführungsform werden zwei Prozent der Dauer eines Atemzyklusses vor und 8 Prozent der Dauer eines Atemzyklusses nach jedem detektierten Übergang zwischen Inspiration und Exspiration aus der gemessenen Flusskurse gelöscht, so dass lediglich 80 Prozent der Messdaten zur Erkennung des Atmungszustandes des Schlafenden herangezogen werden. Die Unsymmetrie der Löschung bezüglich des detektierten Übergangs zwischen Inspiration und Exspiration rührt daher, dass erst nach Erkennen des Übergangs die Druckänderung erfolgt. An Stelle der auf die Dauer eines Atemzyklusses bezogenen Prozentwerte können auch feste Werte wie z. B. 60 ms vor einem Übergang und 240 ms nach einem Übergang aus der Flusskurve gelöscht werden.
In einer anderen Ausführungsform werden zur Berechnung der Rückwärtskorrelation gemäß WO 02/083221 A2 lediglich die Inspirationsphasen herangezogen. Auch hier werden in einer Ausführungsform acht Prozent der Dauer eines Atemzyklusses nach einem Übergang von Exspiration zu Inspiration und zwei Prozent vor einem Übergang von Inspiration zu Exspiration zusätzlich aus der Atemflusskurve gelöscht.
Zur Berechnung der mittleren Krümmung des Atemflusses während der Inspiration wird in einer Ausführungsform die gleiche Zeitdauer von beispielsweise sechs Prozent der Dauer eines Atemzyklusses nach dem Beginn einer Inspirationsphase und deren Ende aus der Atemflusskurve gelöscht.
Es ist nicht wichtig, das mittlere Inspirationsvolumen quantitativ zu bestimmen. Vielmehr reicht es aus, einen Parameter zu bestimmen, der sich bei einer ähnlichen Form der Atemzüge monoton zum Inspirationsvolumen verändert. Denn die Detektoren gemäß WO 02/083221 A2 stellen lediglich auf eine Veränderung der Inspirationsvolumina ab. Wo diese Veränderungen mit Konstanten wie z. B. inspiration_volume_change_schwelle verglichen wird, können die Konstanten dem Parameter angepasst werden oder unter Inkaufnahme eines geringfügig höheren Rechenaufwands in relative Änderungen umgeformt werden. Dies sei insbesondere im Hinblick auf die Ausführungsformen bemerkt, bei denen ein Flusssignal aus einer Ventilstellung bestimmt wird.
Da es sich bei Luftbrillen um "offene" Systeme handelt, können beim Regelalgorithmus auch Druck und Fluss vertauscht werden. Deshalb offenbart diese Anmeldung unabhängig von der Applikationseinrichtung auch Ausführungsformen, bei denen in einer inneren Schleife der Luftfluss konstant gehalten wird und die innere Schleife öfters während eines Atemzyklusses durchlaufen wird. In einer äußeren Schleife wird der Luftfluss dem Zustand des Schlafenden angepasst, um Schnarchen zu vermeiden oder zu minimieren.
Auch bei diesen Ausführungsformen wird der Luftfluss während der Exspirationsphasen vorzugsweise ausgeschaltet. Zur Bestimmung des korrekten Sollflusses werden beispielsweise gewisse Bereiche aus der Druckkurve vor und nach einem Übergang zwischen Inspiration und Exspiration gelöscht und/oder lediglich die Teile der Druckkurve berücksichtigt, die während einer Inspirationsphase gemessen wurden.
3 zeigt ein Steuergerät 40, das einem herkömmlichen CPAP-Gerät ähnelt. An das Steuergerät ist ein externer Luftbefeuchter 49 angeschlossen. Als Applikationseinrichtung ist eine Luftbrille mit Schläuchen 51 und 54, Ring 53 und Y-Weiche 52 dargestellt. Der Schlafende oder Benutzer ist in sitzender Stellung dargestellt, sodass der Schlauch 54 der Luftbrille über die Ohren zum Hinterkopf des Schlafenden geführt ist.
Das Steuergerät 40 umfasst ein Lüftergehäuse 41, eine Gasflasche 42, einen Lüfter 43, Schallschutzschaum 44, einen Drehregler 45 sowie ein Ventil 46. Der Lüfter 43, der auch als Turbine, Gebläse oder Ventilator bezeichnet wird, fördert Umgebungsluft zu Luftbefeuchter 49 und weiter zur Applikationseinrichtung. Wie bei CPAP-Geräten sorgt der Schallschutzschaum 44 für Geräuschdämmung. Die Gasflasche 42 enthält einen ersten Wirkstoff, der der geförderten Luft zugesetzt werden kann. Der erste Wirkstoff 17 ist wie in 1 beispielhaft durch Punkte dargestellt. Die Konzentration des ersten Wirkstoffs in der geförderten Luft wird durch die Stellung von Ventil 46 eingestellt. Der Wirkstoff wird in Gasflasche 42 unter Überdruck aufbewahrt. In einer anderen Ausführungsform wird der Wirkstoff aus der Gasflasche auch durch die geförderte Luft durch eine Strahlpumpe herausgesaugt. Drehregler 45 stellt beispielhaft Bedienelemente dar, durch die beispielsweise ein CPAP-Druck oder die Konzentration des ersten Wirkstoffs 17 eingestellt werden kann. Das Steuergerät 40 enthält ähnlich zu dem Steuergerät 1 Druck- und/oder Flusssensoren, einen Sensoranschluss, einen Mikroprozessor, ein Mikrofon sowie einen integrierten Luftbefeuchter. Die letzteren Elemente sind in 3 nicht dargestellt. Die Druck- und Flussregelung erfolgt so, wie im Zusammenhang mit Steuergerät 1 oben erläutert wurde.
Der externe Luftbefeuchter 49 umfasst einen Wasservorrat 47 und einen Temperaturregler 48. Der Wasservorrat 47 enthält alternativ zur Gasflasche 42 und zum Ventil 46 oder zusätzlich zu beiden Elementen einen zweiten Wirkstoff 18, der durch kleine Kreuze dargestellt ist. Mittels Temperaturregler 48 wird die Temperatur des Wasservorrats 47 und somit die Luftfeuchte eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform weist der Luftbefeuchter 49 zusätzlich zwischen dem Wasservorrat 47 und dem Luftraum eine Membran auf, um die Abgabe des zweiten Wirkstoffs im Verhältnis zur Verdunstung von Wasser zu steuern.
4 zeigt einen Schnitt durch eine besondere Ausführungsform einer Luftbrille, die vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Steuergerät verwendet werden kann. 5 zeigt diese Ausführungsform perspektivisch. Diese Luftbrille umfasst die Zuleitungen 65, einen Verteiler 68 sowie ein Mantelrohr 61 für jedes Nasenloch eines Patienten. Jedes der Mantelrohre weist an seinem nasenseitigen Ende an seinem Außenumfang ein ergonomisches Polster 64 auf, das während der Anwendung dicht oder weitgehend dicht mit einem Nasenloch des Patienten abschließt. In jedem Mantelrohr ist eine Düse 70 angeordnet, durch die unter einem Überdruck stehende Luft in Richtung Nasenloch geblasen wird. Der innere Querschnitt des Mantelrohres weist eine Verengung 62 zwischen der Düse 70 und dem nasenseitigen Ende des Mantelrohres auf. Der Bereich zwischen der Verengung 62 und dem nasenseitigen Ende des Mantelrohres, in dem sich der lichte Querschnitt des Mantelrohres zum nasenseitigen Ende des Mantelrohres hin aufweitet, wird als Diffusor 63 bezeichnet. Daneben weist eines oder beide Mantelrohre einen Messschlauch 66 auf, über den der Druck im Naseninneren gemessen wird.
Das Innere des Mantelrohres 61 wirkt mit der Düse 70 wie eine Strahlpumpe. Durch die Düse 70 tritt ein kleiner Luftstrom in das Mantelrohr und pumpt so zusätzliche Luft durch das offene Ende des Mantelrohres in die Nase des Patienten. Anders ausgedrückt, transformieren die Düse 70 im Zusammenspiel mit dem Mantelrohr 61 einen kleinen Luftstrom, der durch einen höheren Überdruck erzeugt wird in einen größeren Luftstrom, der unter einem geringeren Überdruck steht. Vorteilhaft hieran ist insbesondere, dass nur ein Teil des in die Nase strömenden Luftstroms vom Gasauslass 14 zur Düse 70 transportiert werden muss. Aufgrund des geringeren Luftstroms ist der Druckabfall am Schlauch 65 geringer. Ist man andererseits bereit, einen konstanten Druckabfall in Kauf zu nehmen, so kann der Querschnitt des Schlauchs 65 bei Verwendung einer in 3 und 4 gezeigten Luftbrille kleiner gewählt werden.
Die Steuergeräte 1 und 40 sollten in der Lage sein, 100 bis 1000 mbar Überdruck gegenüber dem Umgebungsdruck zu erzeugen. Insbesondere die Außenform der ergonomischen Polster, aber auch das Mantelrohr werden an die Nasenform des Patienten angepasst. Das Mantelrohr kann kreisförmig mit einem Durchmesser von 4 bis 12 mm ausgeführt sein. In anderen Ausführungsformen kann das Mantelrohr einen elliptischen Querschnitt aufweisen, wobei der kleinere und größere Radius im Bereich von 2 bis 6 mm liegen können. Das Mantelrohr weist eine Länge von 20 bis 50 mm, insbesondere von 30 mm auf. Der Schlauch 51 weist eine Länge von 1 bis 2 m auf. Andere Abmessungen ergeben sich aus der Größe der entsprechenden Körperteile des Patienten.

1: Steuergerät
2: Gasflasche
3: Ventil
4: Mikroprozessor
5: Strahlpumpe
6: Luftbefeuchter
7: Wasservorrat
8: Membran
9: Heizleitung
10: Temperaturmessleitung
11: Flusssensor
12, 13: Drucksensor
14: Gasauslass
15: Sensoranschluss
16: Mikrofon
17, 18: Wirkstoff
19: Einlassanschluss
20: Mikrophonanschluss
21: Schlafender
22: Luftbrille
23: Schlauchschleife
24: Messschlauch
25: Ring
30: Trachealkanüle
31: Schlauch
32: Messschlauch
40: Steuergerät
41: Lüftergehäuse
42: Gasflasche
43: Lüfter
44: Schallschutzschaum
45: Druckregler
46: Ventil
47: Wasservorrat
48: Temperaturregler
49: Luftbefeuchter
51: Schlauch
52: Y-Weiche
53: Ring
54: Schlauch
55: Schlafender
61: Mantelrohr
62: Verengung
63: Diffusor
64: ergonomisches Polster
65: Schläuche
66: Messschlauch
67: Nase
68: Verteiler
69: Oberlippe
70: Düse

Claims

Steuergerät (1; 40) für ein Antischnarchgerät mit: a) einem Einlassanschluss (19), der bei Gebrauch mit einer Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) verbunden ist, dem bei Gebrauch Gas durch die Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) zugeführt wird, b) einem dem Einlassanschluss pneumatisch nachgeschalteten Ventil (3), c) einer Strahlpumpe (5), die pneumatisch mit dem Ausgang des Ventils (3) verbunden ist und bei Gebrauch in Abhängigkeit des vom Ventil (3) zur Strahlpumpe (5) strömenden Gasflusses Umgebungsluft ansaugt und die angesaugte Luft und das Gas von der Druckerzeugungseinrichtung an einem Ausgang der Strahlpumpe (5) zur Verfügung stellt, d) einem Luftbrillenanschluss (14) für eine Luftbrille (22; 51, 52, 53, 54), der mit dem Ausgang der Strahlpumpe verbunden ist, e) einem Flusssensor (11) oder einem Drucksensor (12, 13) und f) einem Mikroprozessor (4), der aus dem Signal des Flusssensors (11) oder des Drucksensors (12, 13) die Atemphase eines Benutzers ermittelt, in der Exspirationsphase das Ventil (3) schließt und in der Inspirationsphase das Ventil (3) öffnet, so dass an der Luftbrille nur während der Inspirationsphase Luft unter Überdruck gegenüber dem Umgebungsluftdruck bereitgestellt wird.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät einen Mikrofonanschluss (20) aufweist, wobei der Mikroprozessor (4) das am Mikrofonanschluss anliegende Signal auf Schnarchen hin auswertet und einen umso höheren Druck am Luftbrillenanschluss (14) anlegt, je lauter das Schnarchen ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl ein Drucksensor (13) als auch ein Flusssensor (11) vorgesehen ist und das Steuergerät (1; 40) ferner einen Messanschluss (15) aufweist, der mit dem Drucksensor (13) verbunden ist.
Antischnarchgerät (1; 40) mit einem Steuergerät, einer Druckerzeugungseinrichtung (2; 43), einer Applikationseinrichtung in Form einer Luftbrille (22; 51, 52, 53, 54) oder einer Trachealkanüle (30), wobei das Steuergerät (1; 40) umfasst: a) einen Einlassanschluss (19), der mit der Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) verbunden ist, dem bei Gebrauch Gas durch die Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) zugeführt wird, b) ein dem Einlassanschluss pneumatisch nachgeschalteten Ventil (3), c) eine Strahlpumpe (5), die pneumatisch mit dem Ausgang des Ventils (3) verbunden ist und bei Gebrauch in Abhängigkeit des vom Ventil (3) zur Strahlpumpe (5) strömenden Gasflusses Umgebungsluft ansaugt und die angesaugte Luft und das Gas von der Druckerzeugungseinrichtung an einem Ausgang der Strahlpumpe (5) zur Verfügung stellt, d) einen Anschluss, an den die Applikationseinrichtung angeschlossen ist und der mit dem Ausgang der Strahlpumpe verbunden ist, e) Drucksensor (12, 13) und f) einen Mikroprozessor (4), der aus dem Signal des Drucksensors (12, 13) die Atemphase eines Benutzers ermittelt, in der Exspirationsphase das Ventil (3) schließt und in der Inspirationsphase das Ventil (3) öffnet, so dass an der Applikationseinrichtung nur während der Inspirationsphase Luft unter Überdruck gegenüber dem Umgebungsluftdruck bereitgestellt wird,
Antischnarchgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trachealkanüle (30) Applikationsvorrichtung ist und der Drucksensor (12, 13) mit der Trachealkanüle (30) pneumatisch verbunden ist.
Antischnarchgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftbrille (22) Applikationseinrichtung ist und der Drucksensor mit der Luftbrille (22) pneumatisch verbunden ist.
Antischnarchgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine Luftbrille (22) als auch eine Trachealkanüle (30) vorgesehen ist, wobei eine der beiden Vorrichtungen Luftbrille (22) oder Trachealkanüle (30) Applikationsvorrichtung ist und die jeweils andere Vorrichtung mit dem Drucksensor (13) als Messvorrichtung pneumatisch verbunden ist.
Antischnarchgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Druckerzeugungseinrichtung (2; 43) und dem Einlass der Applikationseinrichtung ein Luftbefeuchter (6; 49) eingebaut ist.
Antischnarchgerät nach einem der Ansprüche 4, bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antischnarchgerät ferner ein Mikrofon (16) umfasst, das mit der Steuereinrichtung (3, 4) gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung das vom Mikrofon (16) gelieferte Signal auf Schnarchen hin auswertet und einen um so höheren Druck an die Applikationseinrichtung (30; 22; 51–54; 61–68) angelegt, je stärker das Schnarchen ist.
Antischnarchgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (3, 4) den gemessene Druck auf Schnarchen hin analysiert und einen umso höheren Druck an die Applikationseinrichtung anlegt, je stärker das Schnarchen ist.
Antischnarchgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckerzeugungseinrichtung durch eine Gaspatrone (2) gebildet wird, die ein komprimiertes Gas enthält.
Antischnarchvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckerzeugungseinrichtung ein Wirkstoff zugesetzt wird.
Antischnarchvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wasservorrat des Luftbefeuchters (6; 49) ein Wirkstoff zugesetzt ist.
Antischnarchvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Wirkstoff Meerwasserzusatz, Aeorsole, ein Duftstoff oder Medizin zugesetzt ist.